(57)【要約】【課題】軸上色収差補正レンズにより発生される軸外収差を良好に補正する。【解決手段】電子線の照射により試料１０から放出された２次電子は、ビーム分離器７で偏向され、収差補正静電偏向器１１により垂直方向に偏向され、補助レンズ１２の主面に拡大像を形成する。補助レンズ１２から発散した２次電子ビームは、軸上色収差補正レンズ１４〜１７を通り、拡大レンズ１９用の補助レンズ１８の主面に結像する。補助レンズ１２の主面に形成された拡大像は、光軸から離れた位置にも像が形成されるため、補助レンズ１２から発散された２次電子ビームをそのまま軸上色収差補正レンズ１４〜１７に入射すると、大きな軸外収差が生じる。それを解消するために、補助レンズ１２により、開口２４の像が軸上色収差補正レンズ１４〜１７の光軸方向のほぼ中央１８に形成されるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを試料上に照射して、該試料から放出される電子を検出することにより、試料上の情報を得るようにした電子線装置において、
多極子レンズからなる軸上色収差補正レンズと、
該軸上色収差補正レンズの入射側の像面にレンズ主面が一致する補助レンズと
を備えていることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線装置において、
該装置は、視野を複数の副視野に分割して、副視野毎に、一次電子ビームの照射及び２次電子ビームの検出を反復実行するよう構成されており、
軸上色収差補正レンズは、２次光学系に含まれる拡大光学系に含まれている
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電子線装置において、該装置はさらに、
一次光学系に含まれ、一次電子ビームを矩形に成形する手段
を備えていることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の電子線装置において、該装置はさらに、
一次光学系に含まれ、１次電子ビームをマルチビームとして試料上に照射する手段と、
試料から放出された電子からなる複数の２次電子ビームをそれぞれ検出する複数の検出器からなる検出手段と、
マルチビームの配列方向と電子線装置の基準座標系との回転角の評価、及び、マルチビームのビーム間隔の評価を行うマルチビーム評価手段と
を備えていることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項４記載の電子線装置において、軸上色収差補正レンズ及び補助レンズは、一次光学系に含まれていることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項４又は５記載の電子線装置において、マルチビーム評価手段は、基準座標系のｙ軸（ただし、ｙ軸はステージ連続移動方向）に平行なマーカをｘ軸方向に走査した時に複数の検出器からそれぞれ得られる信号の間隔に基づいて評価するよう構成されていることを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置に関し、より詳細には、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有する試料の評価を、高スループットかつ高信頼性で行うことができる電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、４段の４極子レンズ及び２段の４極子磁気レンズからなる軸上色収差補正レンズを用いて、軸対称レンズによる軸上色収差を補正することによって超高分解能の像を得るようにした電子線装置が提案されている。
また、電子銃から放出される電子を複数の開口を介してマルチビームとし、該マルチビームを試料上に縮小結像し、試料から放出される２次電子のマルチビームを拡大し、複数の検出器で検出するようにした電子線装置も知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した軸上色収差補正レンズは、光軸近傍の軸外収差特性が良好であるが、光軸から離れた領域での軸外収差特性は良好ではなく、光軸から離れた領域に軸外収差を生じてしまう、という問題がある。
また、超高分解能の像を得るためではなく、軸上色収差を補正することによって大きいＮＡ開口を用い、大電流を得る使い方は行われていなかった。
また、マルチビーム方式の電子線装置においては、ビーム間隔、及び、ビーム配列方向と電子線装置の基準座標軸とのなす角（回転角）を正確に調整する必要があるが、これらを評価するための手法が提案されていないため、これらの調整を正確に行うことができない、という問題がある。
本発明は、このような従来例の問題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、軸上色収差補正レンズを用いた電子線装置において、軸上色収差補正レンズにより発生される軸外収差を良好に補正することができるようにすることである。
また、本発明の第２の目的は、マルチビーム方式の電子線装置において、ビーム間隔、及び、ビーム配列方向と基準座標軸とのなす角を、安価な手段を用いて正確にかつ容易に評価することができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した目的を達成するために、本発明に係る、電子ビームを試料上に照射して、該試料から放出される電子を検出することにより、試料上の情報を得るようにした電子線装置においては、
多極子レンズからなる軸上色収差補正レンズと、
該軸上色収差補正レンズの入射側の像面にレンズ主面が一致する補助レンズと
を備えていることを特徴としている。
【０００５】
上記した本発明に係る電子線装置において、該装置は、視野を複数の副視野に分割して、副視野毎に、一次電子ビームの照射及び２次電子ビームの検出を反復実行するよう構成されており、軸上色収差補正レンズは、２次光学系に含まれる拡大光学系に含まれていることが好ましい。また、該装置はさらに、一次光学系に含まれ、一次電子ビームを矩形に成形する手段を備えていることが好ましい。
また、本発明に係る電子線装置において、該装置はさらに、一次光学系に含まれ、１次電子ビームをマルチビームとして試料上に照射する手段と、試料から放出された電子からなる複数の２次電子ビームをそれぞれ検出する複数の検出器からなる検出手段と、
マルチビームの配列方向と電子線装置の基準座標系との回転角の評価、及び、マルチビームのビーム間隔の評価を行うマルチビーム評価手段とを備えていることが好ましい。この場合、軸上色収差補正レンズ及び補助レンズは、一次光学系に含まれていることが好ましく、さらに、マルチビーム評価手段は、基準座標系のｙ軸（ただし、ｙ軸はステージ連続移動方向）に平行なマーカをｘ軸方向に走査した時に複数の検出器からそれぞれ得られる信号の間隔に基づいて評価するよう構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、上記したように構成され、軸上色収差補正レンズの入射側の像面に補助レンズを設けているので、軸上色収差補正レンズによって発生される軸外収差を低減することができる。したがって、収差が低減された高精度の画像データを得ることができる。
また、マルチビーム方式の電子線装置において、得られる信号の間隔を用いて、ビーム配列方向と基準座標軸とのなす角が適切であるかどうか、及びビーム間隔が設計値と等しいかどうかを評価することができるので、これらを正確に調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明の第１の実施形態の電子線装置の主要部を示している。この電子線装置においては、電子銃１から放出された電子線は、２段のコンデンサレンズ２及び３によって照射領域の大きさ及び電流密度が調整され、正方形等の矩形開口４で成形される。成形された矩形電子ビームは、２段の整形レンズ５及び６を介し、さらにビーム分離器７及び対物レンズ９を介して、試料１０に照射される。１次電子ビームが２次電子ビームに影響を与えないようにするために、１次電子ビームがビーム分離器７を通過後も、一次電子ビームの経路が２次電子ビームの経路と異なるようにしている。そのため、一次電子ビーム用の開口２３を設けている。
【０００８】
試料１０から放出された２次電子は、ＮＡ開口板８に設けたＮＡ開口２４を通ってビーム分離器７で偏向され、収差補正静電偏向器１１により垂直方向に偏向され、補助レンズ１２の主面に拡大像を形成する。補助レンズ１２から発散した２次電子ビームは、軸上色収差補正レンズ１４〜１７を通り、拡大レンズ１９用の補助レンズ１８の主面に結像する。
補助レンズ１２の主面に形成された拡大像は、光軸から離れた位置にも像が形成されるため、補助レンズ１２から発散された２次電子ビームをそのまま軸上色収差補正レンズ１４〜１７に入射すると、大きな軸外収差が生じる。それを解消するために、補助レンズ１２により、開口２４の像が軸上色収差補正レンズ１４〜１７の光軸方向のほぼ中央１８に形成されるようにした。
軸上色収差が補正された２次電子像は、拡大レンズ１９で拡大され、補助レンズ２０の主面に拡大像を形成し、かつ最終拡大レンズ２１によりＥＢＣＣＤ検出部２２の受光面に最終拡大像を形成し、最終拡大像がＥＢＣＣＤ２２によって検出される。なお、通常のＣＣＤは光を検出して電気信号を出力するが、ＥＢＣＣＤは光の代わりに電子線を検出して電気信号を出力する検出器である。１３は、軸上色収差補正レンズ１４〜１７のための軸合わせ偏向器である。
【０００９】
試料１０上の視野は、例えば５個である複数の正方形の副視野に分割されており、副視野単位で、１次電子ビームの照射及び２次電子ビーム検出による画像データの取得が行われる。副視野の選択は、副視野制御部３４からの偏向制御信号に基づき、２段の偏向器２６及び２７によって１次電子ビームが軌道３２をとるように偏向される。なお、軌道３２は、光軸の左側にある副視野を照射するときの軌道であり、該照射によって放出された２次電子は軌道３３を進行する。副視野制御部３４はＣＰＵ２８によって制御される。
そして、副視野が光軸から遠い場合、２次電子ビームはＮＡ開口２４を通過し軌道３３を通ったビームのみが２次光学系に入るが、副視野制御部３４から、ビーム分離器７と収差補正偏向器１１に偏向制御信号が供給され、収差補正偏向器１１を通過後の２次電子ビームが、２次光学系の光軸と一致するように軌道修正される。
【００１０】
ＥＢＣＣＤ検出部２２は、図２に示すように、４つのＥＢＣＣＤ検出器で構成され、偏向器３５によって、２次電子像が矢印の順に形成されるように、偏向される。各ＥＢＣＣＤからの画像データの取り出しは、ＣＰＵ２８によって電子スイッチ４０を切り替えることにより実行される。１つのＥＢＣＣＤから画像データを取り出してメモリ４１に記憶している間に４回露光を行うことができるので、データ取り出し時間が露光時間の約４倍迄はロス無く露光を行うことができる。
【００１１】
すなわち、ＥＢＣＣＤ検出部２２の１つのＥＢＣＣＤ検出器２２１の露光が終了すると、該検出器からメモリ４１に画像データの取り出しが開始され、それと同時に次の副視野の画像がＥＢＣＣＤ検出器２２２に結像されるように偏向される。次いで、整定時間後にＥＢＣＣＤ検出器２２２への露光を開始し、所定の時間後にＥＢＣＣＤ検出器２２２の露光が終了すると、該検出器からメモリ４４への画像の取り出しが開始され、かつＥＢＣＣＤ検出器２２３への露光が開始されるように偏向される。同様にして、図２に矢印で示すような順番で、各ＥＢＣＣＤ検出器２２１〜２２４に対して、偏向、整定、露光が行われ、かつ、データの取り出しが行われる。したがって、各ＥＢＣＣＤ検出器において、露光が終了してから次の露光が開始されるまでの時間は、露光時間×３と整定時間×４との合計（≒露光時間×４）となり、また、この間にデータを取り出す必要がある。よって、データ取り出し時間が露光に要する時間の約４倍以下であれば、時間的にロス無く処理を行うことができる。
【００１２】
図３は、本発明の第２の実施形態の電子線装置の主要部を示している。この実施形態の電子線装置において、電子銃５１から放出された電子線は、コンデンサレンズ５２で集束され、マルチ開口５３を照射し、これによりマルチビームとなる。マルチビームは、縮小レンズ５４及び５５と対物レンズ４７とを介して試料４８上に照射されるが、このとき、静電偏向器４５及び５３により試料４８上を走査するよう偏向される。
【００１３】
第２の実施形態の電子線装置は、縮小レンズ５５による結像位置に補助レンズ５６を設け、その下流に４段の４極子レンズからなる軸上色収差補正レンズ５８〜６１を配置している。縮小レンズ５５の像位置では、マルチビームは光軸から２０μｍ程度の範囲に広がっているので、軸上色収差補正レンズ５８〜６１が軸外収差を発生させる。この軸外収差は、補助レンズ５６により、ＮＡ開口４２の像を軸上色収差補正レンズ１４〜１７の中央４３に結像させることにより、低減することができる。その結果、８行８列のマルチビームを、６．２５ｎＡのビーム強度及び２５ｎｍのビーム径の各ビームを用いて、得ることができる。これは、上記した構成の電子光学系のシミュレーションにより得られたものであるが、その詳細は文献に記載されているので、ここでは説明を省略する。
【００１４】
試料４８から放出された２次電子は、対物レンズ４７で加速され、ビーム分離器４６により一次電子ビームから分離されて２次光学系に向かう。２次光学系において、２次電子ビームは、２段の拡大レンズ４９及び５０で拡大され、検出部６２に投影され検出される。検出部６２はマルチビームである１次電子ビームの数と同一の複数の検出器で構成され、これら検出器の配列ピッチと検出部６２の主面の２次電子像のピッチを一致させるために、レンズ４９及び５０にズーム作用を行わせる。
図３において、６３は電子線装置全体の動作を制御するＣＰＵであり、検出部６２の各検出器で得られた信号は、ＣＰＵ６３の制御の下でメモリ（不図示）に記憶される。
【００１５】
ＣＰＵ６３は、マルチビームである１次電子ビームのビーム間隔、及びビーム配列とｘ−ｙ座標軸との角（回転角）θを評価する機能を備えている。以下、この機能について、マルチビームが４行４列である場合を例として、説明する。
この機能を実行するために、複数の検出器からの信号を合成するための信号合成部６４を備え、該信号合成部６４からの信号をＣＰう６３に供給するようにしている。そして、図４の（Ａ）に示すように、電子線装置の基準座標であるｘ−ｙ座標系のｙ軸（ステージの連続移動方向）と平行なパターン６５をテスト用の試料上に設け、マルチビームを試料に照射して、ｘ軸方向、すなわちパターン６５に直交するように、マルチビームを走査する。
【００１６】
これにより、検出部６２を構成する複数の検出器から、図４の（Ｂ）に示すような、電子ビームがパターン５２を照射する毎に高レベルとなる信号が得られ、かつ、信号合成部６４からこれらを合成した信号（図４の（Ｂ）の最下端）がＣＰＵ６３に供給される。合成信号中、１〜４番目の信号は、マルチビームの第１列の４つの電子ビームがパターン６５を照射したときに得られる信号であり、５〜８番目、９〜１２番目、１３〜１６番目はそれぞれ、マルチビームの第２列、第３列、第４列の電子ビームがパターン６５を照射したときに得られる信号である。
【００１７】
ＣＰＵ６３は、まず、これら信号の時間間隔を検出することによって、回転角θが適切であるか否かを判定する。すなわち、４行４列のマルチビームの場合、回転角θが不適切であるとすると、４番目及び５番目に得られる２つの信号の間隔が、１番目及び２番目（又は、２及び３番目、又は３及び４番目）に得られる２つの信号の間隔と相違する。４及び５番目の信号間隔が他の信号間隔と対比して大きい場合には、回転角θが小さすぎることを表しており、逆に、信号間隔が小さい場合には、回転角が大きすぎることを表している。
ＣＰＵ６３は、それぞれの検出器から出力される信号の間隔を検出し、かつ信号間隔を対比し、４及び５番目の信号の間隔が他の信号の間隔よりも大きいか小さいかを判定する。そして、ＣＰＵ６３は、その結果に基づき、回転角を小さくすべきか大きくすべきかの出力を発生する。なお、マルチ開口５３を微少回転させるか、又はレンズ５４及び５５を回転レンズとして微少回転させることにより、回転角θを調整することができ、信号間隔を一致させることができる。
【００１８】
ＣＰＵ６３は、回転角θを調整して信号間隔を一致させた後、ビーム間隔が設計通りであるか否か、すなわち、ラスタ間隔が画素寸法と等しいか又はその整数倍であるか否かを評価する。この評価は、１及び４番目の信号の間隔を検出し、それを３で除算し、設計値と対比することによって実行することができる。隣接する信号の間隔で評価すると誤差が含まれる恐れがあるが、上記のようにして評価することにより、高精度の評価を行うことができる。１及び１６番目の信号の間隔を検出し、それを１５で除算した値と設計値とを対比してもよい。これにより、より高精度の評価を行うことができる。
また、２及び１５番目の信号の間隔を検出し、それを１３で除算した値と設計値とを対比してもよい。このようにして評価すると、１次光学系による歪みがマトリクス状配置のマルチビームの４隅のビームに大きく現れるので、１次光学系によって歪みが生じる場合であっても、ビーム間隔の評価を高精度で行うことができる。
ビーム間隔が設計値と異なっている場合、一次光学系の縮小率を調整することにより、設計値に一致させることができる。
【００１９】
図５の（Ａ）は、本発明に係る第３の実施形態の電子線装置の主要部を示している。この第３の実施形態の電子線装置においては、図３に示した第２の実施形態において、補助レンズ５８、軸合わせレンズ５７、４極子レンズ５８〜６１の代わりにウィーンフィルタ７０を用いたものである。第３の実施形態の電子線装置においても、視野が広いことにより生じる収差の増大を防止することができる。ウィーンフィルタ７０は、軌道８２で示したように、２回集束させることによって非分散型とすることができる。
第３の実施形態の電子線装置においても、図４に関連して説明したような手法で、マルチビーム配列とｘ−ｙ座標系との角度θ及びビーム間隔を調整することができる。
【００２０】
ウィーンフィルタ７０の光軸８１を中心とした断面形状の１／４を図５の（Ｂ）に示す。該ウィーンフィルタ７０は、パーマロイからなる円筒形状のヨーク７１と、パーマロイからなる１２極子電極（兼磁極）７２〜７４と、補正用の磁場を発生させるコイル７５〜７７と、各電極を絶縁するスペーサ７８〜８０とを備えている。１２極子電極７２〜７４に電圧を印加して、ウィーン条件を満たす電場、磁場、色収差補正用の４極子電磁場、球面収差補正用の６極子電磁場が生成されるようにすることにより、軸上色収差及び球面収差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の電子線装置の電子光学系を示す説明図である。
【図２】図１に示した電子線装置において、ＥＢＣＣＤから画像データを取り出す手段を示す説明図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の電子線装置の電子光学系を示す説明図である。
【図４】図３に示した電子線装置において、マルチビーム配列とｘ−ｙ座標軸との回転角の評価及びマルチビームのビーム間隔の評価を説明するための説明図である。
【図５】本発明に係る第３の実施形態の電子線装置の電子光学系を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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